- •Р.Б. Николаева, с.В. Сайкова
- •Часть 2.
- •Учебное пособие
- •Список принятых сокращений и условных обозначений1
- •Введение
- •Водород
- •Свойства и применение
- •Распространенность и получение водорода. Водородная энергетика
- •Галогены
- •Общая характеристика. Получение
- •Простые вещества
- •Галогениды водорода
- •Кислородосодержащие соединения фтора
- •Кислородосодержащие соединения аналогов фтора
- •Галиды галогенов
- •Галид-оксиды галогенов
- •Халькогены
- •Общая характеристика
- •Простые вещества
- •Халькогениды водорода
- •Перхалькогениды
- •Кислородосодержащие соединения
- •Галиды и оксид-галиды
- •Экологический аспект переработки сульфидных руд
- •Подгруппа азота
- •Общая характеристика
- •Простые вещества
- •Соединения с водородом
- •Гидразин и гидроксиламин
- •Кислородосодержащие соединения
- •Удобрения. Проблема связывания азота
- •Сульфиды
- •Галиды и оксогалиды
- •Группа p-элементов
- •Нахождение в природе, получение
- •Простые вещества
- •Соединения с водородом
- •Соединения с металлами
- •Кислородосодержащие соединения
- •Углекислый газ. Использование и проблемы
- •Силикатное стекло
- •Сульфиды
- •Азотсодержащие соединения р-элементов IV группы
- •III-группа p-элементов
- •Общая характеристика
- •Нахождение в природе и получение простых веществ
- •Физические свойства простых веществ
- •Производство алюминия. Сплавы
- •Химические свойства простых веществ
- •Соединения с водородом
- •Кислородосодержащие соединения
- •Соединения бора с азотом
- •S-элементы
- •Общая характеристика. Простые вещества
- •Соединения s-элементов
- •12000С ⎧→ CaSiO3(цемент)
- •Благородные газы
- •Некоторые закономерности периодической системы
- •D-элементы
- •Общая характеристика
- •Нахождение в природе
- •Получение d-металлов
- •Физические свойства
- •Химические свойства простых веществ
- •Кислородосодержащие соединения
- •Соли d-элементов
- •Комплексные соединения
- •F-элементы
- •Лантаноиды
- •Актиноиды
- •Заключение
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Содержание
- •IV группа p-элементов.................................................................................................................................................52
- •III-группа p-элементов................................................................................................................................................68
Удобрения. Проблема связывания азота
В геологической истории биосферы перед человеком открывается огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой разум и свой труд на самоистребление.
В.И. Вернадский
Обычно соли значительно более устойчивы, чем соответствующие кислоты (?). Однако нитраты даже активных металлов – сильные окислители3. В частности, KNO3 используется как составляющее пороха.
Растворимые соли, содержащие N, P, Са и K (элементы, необходимые для растений), используются в качестве удобрений. Это гидро- и дигидрофосфаты Са и аммония, а также селитры (нитраты аммония и калия).
Природные запасы селитр к концу XIX века начали истощаться, поэтому в 1898 г.
на заседании Британской ассоциации ученых была поставлена проблема искусственногосвязывания азота воздуха во избежание «азотного голода».
И до сих пор вследствие высокой инертности молекул азота актуальны поиски эффективныхспособов перевода N2в соединения, усваиваемые растениями и животными, т.к. методы, используемые в настоящее время, являются слишком энергоемкими:
1). Продувка воздуха через электродугу, растянутую магнитом в диск. Способ предложен в 1904 г. и дублирует природный процесс, протекающий при грозовых разрядах:
2N2 +1/2O2 → NO ,∆G0 = 36 кДж/моль.
2). С 1905 г. используют цианамидный способ (очень энергоемок, поскольку осуществляется при температуре 2000-30000С):
CaO + C→ CaC2 + CO,
CaC2 + N2 → CaCN2 + C.
Продукт цианамид кальция Ca[N = C= N] дорог, но сравнительно эффективен при использовании на кислых почвах, т.к. в процессе его гидролиза кроме NH (3 который легко усваивается растениями) образуется CaCO (3 способный снижать кислотность почвы и структурировать ее).
3). В 1906 г. запатентован способ Габера-Боша: синтез аммиака из N2и H2под высоким давлением (1000 атм.) в присутствии катализатора65(Fe0 ) при 4000С с использованием рециркуляции реагентов. (Патент на теорию этого метода выдан Ле Шателье в 1901 г.).
4). В 1969 г. предложен способ превращения N2в гидразин (ракетное топливо) по схеме:
N2 + V(OH)2 + H2O⎯⎯Mg⎯66+ → V(OH)3 + N2H4 .
об.у.
При об.у. осуществляются и реакции:
Li+ N2 → Li3N и LiH+ N2 → LiNH2 .
Однако получение данных азотофиксаторов: V(OH)2 , Li , LiH –0 достаточно энергоемко.
Решение проблемы связывания N2осуществляется, во-первых, поискомкатализаторов, сравнимых по эффективности сприродными(например, с нитрогеназой2), а во-вторых, использованием нетрадиционных технологий.
Так, с помощью плазмотронаудается из азота и уксусной кислоты сразу синтезироватьаминокислоты(но пока с малым выходом).
Можно, считают ученые, создать гены азотофиксацииу самих растений. Возможно, эти способы помогут в решении и другой проблемы – снизить содержание нитратов в пищевых продуктах, т.к. не надо будет вносить селитры в почву, а значит, их избыток не будет накапливаться в растениях, не успевая перерабатываться в белки67.
Кроме того, при избыткеудобрений (и фосфатных) они из почвы вымываются в водоемы и вызывают гибель в них живых обитателей, т.к. способстуют разрастанию водорослей, которые «съедают» O2в воде. И водоемы постепенно превращаются в болота, в которыханаэробное(т.е. без O2 ) разложение приводит к образованию дурно пахнущих веществ.
Азиды
АзидводородаHN (3 б/ц летучая жидкость, т.кип.=360С), в котором формально ст.ок. N равна (–1/3). Однако по сути HN3является продуктомэквивалентногозамещения O−2в HNO3 на N−3 :
H N,
Поэтому за счет N(V) он окисляет медь подобно азотной кислоте (сравним реакции:
Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + NO+ H2O,
Cu + HNN2 = Cu(NN2 )2 + N2 + H3N).
А смесь HN 3 и HCl – действует как «царская водка» в результате образования “Сl”.
Однако, в отличие от HNO ,3 азид водорода диссоциирует в воде слабо
(K d = 2,6⋅10−5 ) и, кроме того, за счет N−3склонен окисляться, восстанавливая даже I2 .
Как следствие явного проявления и окислительных, и восстановительных свойств HN 3 взрывается при 3000С или от удара (продукты: N2и H2 ).
Взрывоопасны и азиды тяжелых металлов (поэтому Pb(N3)2используют в качестве запала); напротив, NaN3 разлагается при нагревании спокойно (на Na и N2 ).
Получают NaN 3 реакцией конденсации NaNH2и N2O . Ее равновесие сдвинуто вправо за счет того, что образующаяся вода связывается амидом натрия по реакции:
NaNH2 + H2O→ NH3 + NaOH.
Из азида натрия можно получить HN3 действием на NaN ,3 например,
хлороводородной кислотой. (За счет чего идет процесс?)